光滑離散顆粒流體動(dòng)力學(xué)及與有限體積耦合方法：一種氣體-顆粒兩相流數(shù)值模擬新方法

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 氣體顆粒兩相流動(dòng)系統(tǒng) 1
1，1.1 多相流動(dòng)和兩相流動(dòng) 1
1.1.2 氣體顆粒兩相流動(dòng)所涉及的領(lǐng)域 1
1.1.3 連續(xù)介質(zhì)與離散顆粒 2
1.1.4 描述流動(dòng)的兩種基本方法 2
1.2 氣體顆粒兩相流研究發(fā)展與現(xiàn)狀 3
1.2.1 氣體顆粒兩相流研究的歷史發(fā)展 3
1.2.2 氣體顆粒兩相流研究方法 4
1.3 光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀 10
1.3.1 SPH方法的優(yōu)勢(shì) 11
1，3.2 SPH方法研究進(jìn)展 12
1.3.3 SPH方法總結(jié)評(píng)述 15
1.4 SDPH FVM耦合方法提出的必然性 15
1.4.1 SDPH方法 l6
1.4.2 SDPH FVM耦合方法 16
1.5 本書內(nèi)容安排 17
參考文獻(xiàn) 18
第2章 多相流數(shù)值模擬常用模型及方法 28
2.1 雙流體模型 28
2，1.1 模型概述 28
2.1.2 守恒方程 29
2.1.3 曳力模型 31
2.1.4 熱傳導(dǎo)模型 32
2.1.5 算例驗(yàn)證 33
2.2 混合模型 42
2.2.1 模型概述 42
2，2.2 守恒方程 42
2.2.3 相對(duì)速度和滑移速度 44
2.3 顆粒軌道模型 45
2.3.1 模型概述 45
2.3.2 顆粒軌道方程 45
2.3.3 連續(xù)相與顆粒相的相間耦合 46
2.3.4 算例驗(yàn)證 47
2.4 擬顆粒模型 51
2.4.1 模型概述 51
2.4.2 守恒方程 51
2.4.3 擬顆粒與顆粒間相互作用 52
2.5 流體體積函數(shù)模型 52
2.5.1 模型概述 52
2.5.2 守恒方程 53
2.5.3 界面追蹤 54
2.5.4 算例驗(yàn)證 54
2.6 小結(jié) 57
參考文獻(xiàn) 58
第3章 SPH方法基本理論 59
3.1 傳統(tǒng)SPH理論 59
3.1.1 函數(shù)積分插值 59
3.1.2 粒子近似方法 60
3.2 鄰近粒子搜索 61
3.3 SPH方程積分求解 62
3.4 多相黏性流體的SPH離散方法 64
3.4.1 黏性項(xiàng)公式 64
3.4.2 多相流SPH方程及狀態(tài)方程 65
3.4.3 人工應(yīng)力方法 66
3.4.4 多相黏性流SPH方程 66
3.5 SPH固壁邊界施加模型 67
3.5.1 基于罰函數(shù)方法的固壁邊界施加模型 67
3.5.2 基于虛粒子方法的固壁邊界施加模型 71
3.6 小結(jié) 73
參考文獻(xiàn) 74
第4章 基于顆粒動(dòng)力學(xué)模型的SDPH方法 76
4.1 顆粒動(dòng)力學(xué)模型 76
4.1.1 顆粒數(shù)目密度分布 76
4.1.2 Boltzmann積分微分方程組和一般輸運(yùn)理論 77
4.1.3 碰撞積分簡(jiǎn)化 78
4.1.4 顆粒相的質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程 80
4.2 用于離散相求解的SDPH方法 82
4.2.1 SDPH方法的基本思想 82
4.2.2 SDPH方法的基本方程 83
4.2.3 SDPH方法與傳統(tǒng)SPH方法的區(qū)別 84
4.3 超高速碰撞中的SDPH方法 85
4.3.1 適用于超高速碰撞問(wèn)題的SPH方程組 86
4.3.2 彈丸和靶板的本構(gòu)模型 86
4.4 算例驗(yàn)證 87
4.4.1 Couette流算例驗(yàn)證 87
4.4.2 鋁球超高速正碰撞鋁薄板算例驗(yàn)證 90
4.4.3 Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)超高速碰撞算例驗(yàn)證 95
4.5 小結(jié) 97
參考文獻(xiàn) 98
第5章 SDPH FVM耦合框架及其實(shí)現(xiàn) 100
5.1 求解雙流體模型的SDPH與FVM離散方法 100
5，1.1 顆粒相求解的SDPH方法 100
5.1.2 氣體相求解的FVM方法 102
5.2 SDPH FVM耦合框架及算法流程 103
5.2.1 SDPH FVM耦合框架 103
5.2.2 SDPH FVM耦合算法流程 104
5，2.3 邊界條件 106
5.3 維分層顆粒沉降算例驗(yàn)證 107
5.4 小結(jié) l09
參考文獻(xiàn) 109
第6章 含顆粒蒸發(fā)、燃燒模型的SDPH FVM耦合方法 l10
6.1 顆粒蒸發(fā)模型 110
6.2 氣相及顆粒相燃燒模型 112
6.3 氣相爆轟模型 114
6.4 物質(zhì)組分輸運(yùn)方程 114
6.5 含顆粒蒸發(fā)、燃燒模型的SDPH FVM耦合方法流程 115
6.6 圓盤型顆粒團(tuán)傳熱過(guò)程數(shù)值模擬 116
6.7 射流顆粒蒸發(fā)過(guò)程數(shù)值模擬 119
6.8 炸藥爆轟驅(qū)動(dòng)顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程數(shù)值模擬 123
6.9 小結(jié) l25
參考文獻(xiàn) 126
第7章 求解氣體一液滴兩相流動(dòng)過(guò)程SPH方法 127
7.1 基于連續(xù)表面力模型的表面張力算法 128
7.1.1 CSF模型一 l28
7.1.2 CSPM修正的表面張力算法 128
7.2 含壁面附著力模型的表面張力算法 l3l
7.3 氣液大密度差兩相流SPH方法 132
7.3.1 氣液兩相SPH離散方程 133
7，3.2 人工黏性 134
7.3.3 人工應(yīng)力 135
7.3.4 氣液兩相SPH方程組 136
7.4 氣相場(chǎng)中二元液滴碰撞過(guò)程數(shù)值模擬 136
7.4.1 空氣中二元液滴正碰數(shù)值模擬 137
7.4.2 空氣中二元液滴斜碰數(shù)值模擬 140
7.4.3 多個(gè)碰撞條件下的二元液滴碰撞數(shù)值模擬 144
7.5 液滴在氣相場(chǎng)中二次破碎過(guò)程數(shù)值模擬 145
7.6 液滴在氣固交界面變形移動(dòng)過(guò)程數(shù)值模擬 147
7.6.1 剪切氣流驅(qū)動(dòng)液滴在固體表面變形運(yùn)動(dòng)二維數(shù)值模擬 l47
7.6.2 剪切氣流驅(qū)動(dòng)液滴在固體表面變形運(yùn)動(dòng)三維數(shù)值模擬 l52
7.7 小結(jié) l55
參考文獻(xiàn) 155
第8章 含顆粒碰撞聚合、破碎過(guò)程的SDPH FVM耦合方法 158
8.1 液滴碰撞理論 158
8.2 液滴二次破碎理論 160
8.3 描述顆粒碰撞聚合、破碎的群體平衡模型 16l
8.4 含顆粒碰撞聚合、破碎過(guò)程的SDPH FVM耦合方法流程 165
8.5 氣化流化床顆粒尺寸分布數(shù)值模擬 l68
8.6 小結(jié) l73
參考文獻(xiàn) 174
第9章 SDPH FVM耦合方法在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用 175
9.1 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管內(nèi)氣粒兩相流數(shù)值模擬 175
9.2 過(guò)載條件下發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)氣粒兩相流數(shù)值模擬 179
9.3 大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)顆粒燃燒流動(dòng)數(shù)值模擬 l82
9.4 剪切氣流驅(qū)動(dòng)液滴流動(dòng)、蒸發(fā)過(guò)程數(shù)值模擬 l89
9.5 小結(jié) l93
參考文獻(xiàn) 194
第10章 SDPH FVM耦合方法在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 196
10.1 SDPH FVM耦合方法在武器研發(fā)領(lǐng)域中的應(yīng)用 196
10.1.1 燃料空氣炸藥爆炸拋撒成霧過(guò)程數(shù)值模擬 196
10.1.2 云霧團(tuán)燃燒爆炸過(guò)程數(shù)值模擬 202
10.2 SDPH FVM耦合方法在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用 205
10，2.1 噴動(dòng)流化床過(guò)程數(shù)值模擬 205
10.2.2 鼓泡流化床過(guò)程數(shù)值模擬 2ll
10.3 SDPH FVM耦合方法在災(zāi)害預(yù)防領(lǐng)域中的應(yīng)用 218
10.3.1 沙粒起跳反彈過(guò)程數(shù)值模擬 218
10.3.2 自由來(lái)流下風(fēng)沙躍移過(guò)程數(shù)值模擬 221
10.3.3 沙丘遷移過(guò)程數(shù)值模擬 224
10.4 SDPH FVM耦合方法在物料輸運(yùn)領(lǐng)域中的應(yīng)用 226
10.4.1 垂直管內(nèi)顆粒的氣力輸送過(guò)程 226
10，4.2 水平管內(nèi)顆粒的氣力輸送過(guò)程 229
10.5 小結(jié) 231
參考文獻(xiàn) 232